基于ABAQUS的鎖腳錨桿全長(zhǎng)位移分布變化特征的研究

才昊

摘 要 隨著黃土隧道的大量修建，作為其中重要和有效的支護(hù)手段，錨桿被廣泛應(yīng)用。但目前對(duì)于錨桿力學(xué)特性的研究仍不夠全面和深入。本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)鎖腳錨桿進(jìn)行研究，分析了鎖腳錨桿全長(zhǎng)位移分布變化規(guī)律和不同打設(shè)角度時(shí)鎖腳錨桿的整體變形特征。得出結(jié)論：小角度打設(shè)的錨桿變形以豎向彎曲為主，大角度打設(shè)的錨桿變形除了豎向彎曲還會(huì)發(fā)生縱向滑移。

關(guān)鍵詞 黃土隧道 鎖腳錨桿 數(shù)值分析 位移分布

中圖分類(lèi)號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1鎖腳錨桿模型的建立

為了更全面深入地研究鎖腳錨桿的受力特性與承載特點(diǎn)，突出錨桿的與黃土的相互作用關(guān)系，在上述開(kāi)挖模型的基礎(chǔ)上，建立如圖所示的三維有限元計(jì)算模型（如圖1、圖2）。

由圣維南原理和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，洞室開(kāi)挖過(guò)程中圍巖應(yīng)力重分布僅發(fā)生在洞室周?chē)?-5倍隧道開(kāi)挖跨度范圍內(nèi)，此范圍以外的圍巖應(yīng)力基本不受洞室開(kāi)挖的影響。本文數(shù)值模擬中，圍巖模型的尺寸以模型各面距離錨桿8-10倍管徑建立。

2鎖腳錨桿全長(zhǎng)位移分布變化特征

在以往對(duì)鎖腳錨桿的研究中，由于受到試驗(yàn)條件和測(cè)試方法的限制，模擬試驗(yàn)中無(wú)法測(cè)得鎖腳錨桿全長(zhǎng)的位移分布情況，僅僅測(cè)得錨桿端部的位移，這對(duì)于全面研究鎖腳錨桿的整體變形是不夠的，所以需要利用數(shù)值模擬對(duì)鎖腳錨桿的全長(zhǎng)位移分布變化特征進(jìn)行研究。

鎖腳錨桿的位移主要考慮豎向位移和水平位移，并假定豎向位移以向上為正，反之為負(fù)；水平位移以向圍巖方向移動(dòng)為正，反之為負(fù)。每個(gè)斷面的位移以其上側(cè)頂點(diǎn)的位移為代表。基于不同打設(shè)角度下錨桿全長(zhǎng)位移的分布情況得出如下結(jié)論。

3結(jié)論

綜合對(duì)比打設(shè)角度分別為0o、30o、45o和60o的鎖腳錨桿全長(zhǎng)位移分布圖，可以得到以下結(jié)論：

（1）無(wú)論以何種角度打設(shè)錨桿，錨桿的豎向位移和水平位移均為負(fù)，說(shuō)明錨桿在豎直方向上主要向下移動(dòng)，在水平方向上主要向遠(yuǎn)離圍巖的方向移動(dòng)。在錨桿的這種位移情況下，錨桿下側(cè)的圍巖受到的壓力較大，容易發(fā)生較大變形甚至破壞。

（2）豎向位移和水平位移沿著錨桿長(zhǎng)度方向的分布變化規(guī)律基本一致，即：位移隨著錨桿長(zhǎng)度的增加先迅速減小，在75cm處位移減至很小，然后緩慢減小最終趨于0。

（3）隨著打設(shè)角度的增大，同一荷載下錨桿的端部豎向位移相應(yīng)的呈減小的趨勢(shì)，底部豎向位移呈增大的趨勢(shì)，但鋼拱架的沉降主要由鎖腳錨桿的端部控制，所以增大鎖腳錨桿的打設(shè)角度有助于控制錨桿的端部豎向位移，從而有利于控制隧道的豎向沉降。綜合考慮施工條件，鎖腳錨桿的打設(shè)角度應(yīng)取45o。

（4）相較于大角度打設(shè)的錨桿，小角度打設(shè)的錨桿其外端的豎向位移更大而底端的豎向位移卻很小，說(shuō)明小角度打設(shè)時(shí)，錨桿主要以豎向彎曲變形為主，而大角度打設(shè)時(shí)錨桿除了豎向彎曲，還在錨桿底端發(fā)生了沿錨桿縱向的滑移變形。

（5）錨桿同一長(zhǎng)度處的位移，不管是豎向位移還是水平位移，其增量隨著荷載的均勻增加由開(kāi)始的均勻增加變?yōu)榧铀僭黾印?/p>

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